RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 2435188 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 28.05.2010 10721805.9 (13) (51) T3 Int.Cl. B04B 1/20 (2006.01) B04B 9/08 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: 04.09.2013 Europejski Biuletyn Patentowy 2013/36 EP 2435188 B1 (54) Tytuł wynalazku: SPOSÓB USTALANIA MOMENTU OBROTOWEGO SILNIKA WIRÓWKI SEDYMENTACYJNEJ (30) Pierwszeństwo: 30.05.2009 DE 102009023555 (43) Zgłoszenie ogłoszono: 04.04.2012 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2012/14 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: 28.02.2014 Wiadomości Urzędu Patentowego 2014/02 (73) Uprawniony z patentu: GEA Mechanical Equipment GmbH, Oelde, DE (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP 2435188 T3 MARTIN OVERBERG, Herzebrock-Clarholz, DE (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Jan Niewieczerzał POLSERVICE KANCELARIA RZECZNIKÓW PATENTOWYCH SP. Z O.O. ul. Bluszczańska 73 00-712 Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
42P33584PL00 EP 2 435 188 B1 Opis 5 10 15 20 25 30 [0001] Wynalazek dotyczy sposobu ustalania momentu obrotowego ślimaka mającej bęben oraz mogący obracać się z różnicową prędkością obrotową względem bębna ślimaka pełnopłaszczowej wirówki ślimakowej, które są napędzane za pośrednictwem układu przekładniowego przez tylko jeden wspólny silnik napędowy poprzez jeden albo kilka napędów pasowych. Taki sposób jest już znany z publikacji DE-A-4107485. [0002] Podczas gdy pomiar momentu obrotowego ślimaka w przypadku pracy dwusilnikowej mógł być ustalany poprzez pobór mocy lub prądu silnika wtórnego, to przy pełnopłaszczowych wirówkach ślimakowych o pracy jednosilnikowej może dotychczas następować przybliżone wskazywanie momentu obrotowego ślimaka jedynie w szczególnych przypadkach ze stałymi warunkami roboczymi przez oszacowanie na podstawie prądu silnika głównego. Takie szacowanie jest stosunkowo niedokładne, a ponadto nie zawsze względnie nie we wszystkich przypadkach możliwe. [0003] Zadaniem wynalazku jest rozwiązanie tego problemu. [0004] Wynalazek rozwiązuje ten problem za pomocą sposobu podanego w zastrzeżeniu 1. [0005] Korzystne rozwinięcia znajdują się w zastrzeżeniach zależnych. [0006] Stosownie do przedmiotu wynalazku moment obrotowy ślimaka określany jest poprzez ustalanie poślizgu napędu pasowego, za pomocą którego jest do przekładni wprowadzany moment obrotowy.
2 5 10 15 20 25 [0007] Tego rodzaju sposób określania jest prosty i nieskomplikowany, a jednak wystarczająco precyzyjny dla zadań z zakresu sterowania. [0008] To ustalanie momentu obrotowego poprzez określanie poślizgu napędu pasowego może być wykorzystywany dla wskazywania i ewentualnie do ręcznego albo elektronicznego sterowania lub wykorzystywane do wyłączania przeciążeniowego. [0009] Przy tym wynalazek jest przydatny dla różnych wariantów napędu, w szczególności dla przedstawionych na fig. 1 do 3 różnych wariantów napędu i przekładni z każdorazowo tylko jednym silnikiem napędowym. [0010] Ponadto korzystnie jest, gdy przy ustalaniu momentu obrotowego uwzględniany jest moment obrotowy biegu jałowego względnie gdy przy ustalaniu przełożenia i 12 uwzględniany jest występujący moment obrotowy. [0011] Poniżej jest bliżej objaśniony wynalazek za pomocą przykładów wykonaniach i w oparciu o rysunek. Poszczególne figury pokazują: fig. 1 zobrazowanie schematyczne pierwszej pełnopłaszczowej wirówki ślimakowej fig. 2 zobrazowanie schematyczne drugiej pełnopłaszczowej wirówki ślimakowej; fig. 3 zobrazowanie schematyczne trzeciej, pełnopłaszczowej wirówki ślimakowej; fig. 4 wykres do zilustrowania sposobu działania wynalazku. 30 [0012] Figury 1, 2 i 4 pokazują każdorazowo pełnopłaszczową wirówkę ślimakową, zwaną również wirówką sedymentacyjną, z obrotowym bębnem 1 z korzystnie poziomą osią obrotu D i z umieszczonym we
3 5 10 15 20 25 30 wnętrzu bębna 1, również obrotowym ślimakiem 2 oraz z silnikiem napędowym 3 do obracania bębna 1 i ślimaka 2. [0013] Bęben 1 na figurze 1 umieszczony jest pomiędzy łożyskiem 4, 5 bębna usytuowanym od strony napędu i odwróconym od napędu i za pomocą tych łożysk 4, 5 bębna jest ułożyskowany obrotowo na nie przestawionym szczegółowo korpusie maszyny/fundamencie 18. [0014] Do napędu służy silnik napędowy 3 z wałkiem odbioru mocy 17, na którym umieszczone są jako przestawione osiowo w stosunku do siebie dwa koła pasowe 11 i 12. [0015] Pierwsze koło pasowe 11 jako koło napędzające pierwszego napędu pasowego 8 napędza poprzez pas 37 pierwsze napędzane koło pasowe 15 na pierwszym wale wejściowym 20 przekładni układu przekładniowego 6. [0016] Drugie koło pasowe 12 albo jako koło napędzające drugiego napędu pasowego 9 napędza poprzez dalszy pas 38 i napędzane koło pasowe 16 drugi wał wejściowy 21 przekładni układu przekładniowego 6 albo działa hamująco. Napęd pasowy 9, który wchodzi na mały wał wejściowy przekładni, narzuca przy tym w pierwszym rzędzie określoną prędkość obrotową. Dlatego może on napędzać albo hamować. [0017] Układ przekładniowy 6 przenosi te momenty obrotowe za pośrednictwem odpowiednich elementów przekładniowych, np. na sposób przekładni cykloidalnej albo na sposób przekładni planetarnej na wałach odbioru mocy 23, 24 na bęben 1 i ślimak 2 i dodatkowo zapewnia różnicową prędkość obrotową pomiędzy tymi dwoma elementami wirującymi. [0018] Na figurze 1 przedstawiony jest cały układ przekładniowy 6 przykładowo pomiędzy łożyskami 4, 5 bębna jako tylko jedyny stopień przekładni albo kilka
4 5 10 15 20 25 30 zintegrowanych stopni przekładni, który służy do wytwarzania różnicy prędkości obrotowych pomiędzy wrzecionem 2 i bębnem 1. [0019] Na figurze 2 przedstawione jest przykładowo urządzenie napędowe z układem przekładniowym z dwoma napędami pasowymi 8,9 oraz stopniami 6 i 7 przekładni, przy czym jedno z obu łożysk 4 bębna jest umieszczone przykładowo osiowo pomiędzy dwoma stopniami 6, 7 przekładni na wale 25, a drugie łożysko 5 bębna umieszczone jest osiowo poza drugim osiowym końcem bębna 2 na (odcinku) wrzeciona 26. [0020] Teoretycznie do pomyślenia jest również osiowe rozmieszczenie układu przekładniowego, w którym cały układ przekładniowy umieszczony jest poza obszarem osiowym, który jest ograniczany przez łożyska 4, 5 bębna (tu nie pokazano). [0021] Na fig. 3 następuje wprowadzanie momentu obrotowego do napędu bębna 1 za pomocą pierwszego napędu pasowego 8 do piasty 13 bębna, która ma wał 14 odbioru mocy do napędzania bębna 1. [0022] Bęben 1 pociąga za sobą odcinek 26 wału, który na odwróconej od piasty 13 bębna stronie osiowej bębna 1 obraca pierwszy wał wejściowy 27 przekładni 28 po tej stronie bębna 1. [0023] Ten wał wejściowy 28 za pomocą napędu pasowego 29 z napędzającym kołem pasowym 30 i napędzanym kołem pasowym 31 1 z łączącym te koła pasem 39 obraca ponadto wał 22 ułożyskowany za pomocą łożysk 32. [0024] Przez ten wał 22 następuje odprowadzanie zwrotne momentu obrotowego z wału 22 do przekładni 28 na drugi wał wejściowy 33 tej przekładni 28 za pomocą dalszego napędu pasowego 34 z napędzającym kołem pasowym 35, napędzanym kołem pasowym 36 i sprzęgającym je pasem 40.
5 5 10 15 20 25 30 [0025] Przekładnia 28 wytwarza w tym przypadku różnicową prędkość obrotową do napędzania ślimaka i napędza za pośrednictwem niepokazanego tutaj wału odbioru mocy ślimak 2. [0026] W opisanych wariantach wykonania pełnopłaszczowa wirówka ślimakowa napędzana jest tylko przez jeden silnik napędowy 3. [0027] Zgodnie z wynalazkiem w tym przypadku każdorazowo ustalanie momentu obrotowego ślimaka podczas pracy następuje na podstawie ustalania poślizgu co najmniej jednego napędu pasowego z napędów pasowych (zwłaszcza 9 i 24 albo 34) lub wszystkich napędów pasowych 8, 9 względnie 8, 29, 34. [0028] W pracujących z wykorzystaniem siły tarcia napędach pasowych, np. z pasami płaskimi lub klinowymi, ten poślizg jest powodowany przez elastyczność pasa. [0029] Zaskakująco, poślizg przy normalnej pracy zależy prawie tylko od przenoszonego momentu obrotowego i elastyczności pasa, a tylko w nieznacznym stopniu od naprężenia wstępnego pasa, współczynnika tarcia gumy/koła lub liczby obrotów. [0030] Przy tym poniżej opisano tylko obserwację i pomiar poślizgu wskutek wydłużania. [0031] Z powodu zbyt małego naprężenia wstępnego albo zbyt dużej prędkości obrotowej występuje oczywiście bardzo silny poślizg, ponieważ moc nie może być przenoszona siłą tarcia. [0032] Przy tym do poślizgu wskutek wydłużania dochodzi dodatkowo poślizg posuwisty, którego jednak należy unikać podczas normalnej pracy, ponieważ w dłuższym okresie czasu prowadziłby on do uszkodzenia pasa. [0033] Dla poślizgu ψ obowiązuje następujące równanie:
6 5 10 15 n 1 = (zmierzona) prędkość obrotowa napędzającego koła pasowego n 2 = (zmierzona) prędkość obrotowa napędzanego koła pasowego d w1 = średnica czynna napędzającego koła pasowego d w2 = średnica czynna napędzanego koła pasowego i 12 = rzeczywiste przełożenie. [0034] Tak więc, poza obiema prędkościami obrotowymi kół pasowych muszą być znane albo średnica czynna obu kół pasowych albo przełożenie. [0035] W odniesieniu do momentu obrotowego obowiązuje ponadto: 20 25 [0036] Z powodu odchyłek wykonawczych od wymiaru znamionowego nie występuje jednak zawsze taka sama geometria kół pasowych. Dodatkowo średnice czynne nieznacznie zmieniają się także przy różnym naprężeniu wstępnym. Dlatego rzeczywiste przełożenie określane jest w stanie zmontowanym. Dokonuje się tego przez pomiar obu prędkości obrotowych kół pasowych przy znanym poślizgu: 30 [0037] Korzystne jest, gdy pomiar dla określenia przełożenia jest najpierw dokonywany bez obciążenia
7 5 10 15 20 momentem obrotowym, ponieważ poślizg wynosi przy tym zero. Jeżeli nie ma to miejsca, wtedy poślizg przy określaniu przełożenia uwzględnia się w obliczeniach. [0038] W praktyce dla określenia rzeczywistego przełożenia należy najpierw uruchomić wirówkę sedymentacyjną na krótki okres czasu bez produktu, aby nie powstał przy tym moment obrotowy na wyjściu z przekładni. W tej fazie są mierzone i uśredniane prędkości obrotowe n 1 i n 2. Podczas tej fazy na wejściu przekładni występuje moment biegu jałowego tej przekładni, który jest uwzględniany przy obliczaniu przełożenia. [0039] Moment biegu jałowego uzyskać można na podstawie wartości doświadczalnych albo określić za pomocą obliczeń. [0040] Rzeczywiste przełożenie ulega wraz z upływem czasu zmianie wskutek zużycia kół pasowych oraz wskutek luzującego się naprężenia wstępnego. Dlatego należy je regularnie określać na nowo. Uzasadnione to jest starzeniem, wydłużaniem i ścieraniem pasów 37 do 40. [0041] Tak więc za pomocą tej techniki możliwe jest proste wskazywanie momentu obrotowego według następującego schematu: 25 Stopień 1: T< 30% Stopień 2: 30% <T<70% Stopień 3: 70% <T<100% Stopień 4: Przeciążenie 30 [0042] Wskazywanie może następować za pomocą pól kontrolnych i sygnałów ostrzegawczych, przykładowo w postaci ampli.
8 5 10 [0043] Dalsze wartości pomiarowe, takie jak prędkości obrotowe silnika głównego 3 oraz wału wejściowego przekładni uzupełniają wskazanie momentu obrotowego i zapewniają dodatkową dokładność informacji. Mogą one wpłynąć uzupełniająco do obliczeń poślizgu. [0044] Za pomocą zatem uproszczonego monitorowania kontrolnego umożliwiane jest przykładowo oszacowanie obciążenia napędu pasowego i pasa albo przekładni za pomocą korzystnego kosztowo odtworzenia pomiarów. [0045] Figura 4 ukazuje porównanie pomiaru (Y) momentów obrotowych ślimaka 2 ze zgodnym z wynalazkiem rachunkowym ustalaniem (X) momentu obrotowego. Zgodność jest od razu widoczna. GEA Mechanical Equipment GmbH Pełnomocnik:
9 42P33584PL00 EP 2 435 188 B1 Wykaz odnośników [0046] Bęben 1 Ślimak 2 Napęd wirówki 3 Łożysko bębna 4, 5 Układ przekładniowy 6, 7 Napęd pasowy 8 Napęd pasowy 9 Silnik 10 Koło pasowe 11 Koło pasowe 12 Piasta 13 Wał odbioru mocy 14 Koło pasowe 15 Koło pasowe 16 Wał napędowy 17 Korpus maszyny 18 (Odcinki) wału 19 Wał wejściowy przekładni 20 Wał wejściowy przekładni 21 Wał 22 Wały odbioru mocy 23,24 Wał 25 Odcinek wału 26 Wał wejściowy 27 Przekładnia 28 Napęd pasowy 29 Koła pasowe 30, 31
10 Łożysko 32 Wał wejściowy 33 Napęd pasowy 34 Koła pasowe 35, 36 Pasy 37-40 GEA Mechanical Equipment GmbH Pełnomocnik:
11 42P33584PL00 EP 2 435 188 B1 Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób ustalania momentu obrotowego ślimaka mającej bęben oraz mogący obracać się z różnicową prędkością obrotową względem bębna ślimaka pełnopłaszczowej wirówki ślimakowej, które są napędzane za pośrednictwem układu przekładniowego przez tylko jeden wspólny silnik napędowy poprzez jeden albo kilka napędów pasowych z napędzającym kołem pasowym, napędzanym kołem pasowym i sprzęgającym je pasem znamienny tym, że moment obrotowy T ustala się poprzez określenie poślizgu co najmniej jednego napędu pasowego. 2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że poślizg ψ jest określany za pomocą następującego wzoru: przy czym: n 1 = (zmierzona) prędkość obrotowa napędzającego koła pasowego n 2 = (zmierzone) obrotowa napędzanego koła pasowego d w1 = średnica czynna napędzającego koła pasowego d w2 = średnica czynna napędzanego koła pasowego i 12 = rzeczywiste przełożenie,
12 przy czym n 1, n 2, d w1, d w2 i i 12 ustalane są za pomocą pomiarów i z tego poślizgu ustala się moment obrotowy T jak następuje: 3. Sposób według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienny tym, że dla ustalenia rzeczywistego przełożenia wirówkę sedymentacyjną najpierw przez krótki okres czasu napędza się bez produktu i że w tej fazie są mierzone i uśredniane prędkości obrotowe n 1 i n 2. 4. Sposób według zastrzeżenia 2 albo 3, znamienny tym, że przy obliczaniu uwzględnia się przełożenie przekładni. 5. Sposób według zastrzeżenia 2, 3 albo 4, znamienny tym, że ustalanie rzeczywistego przełożenia powtarza się w interwałach. 6. Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że następuje wskazywanie momentu obrotowego. 7. Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że ponadto następuje sterowanie albo regulowanie pełnopłaszczowej wirówki ślimakowej na podstawie ustalenia momentu obrotowego. 8. Sposób według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że ponadto przy ustalaniu momentu obrotowego uwzględnia się moment obrotowy biegu
13 jałowego względnie moment obrotowy występujący przy ustalaniu przełożenia i 12. GEA Mechanical Equipment GmbH Pełnomocnik: